第十章 催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物

第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五電除塵器設(shè)計步驟設(shè)計主要計算哪些參數(shù)？集塵極面積A,電場斷面面積F,電場通道個數(shù)n,電場長度L設(shè)計前需要已知哪些參數(shù)？含塵氣體流量，除塵效率，驅(qū)進(jìn)速度，電場風(fēng)速驅(qū)進(jìn)速度和電場風(fēng)速如何確定？1）查表確定2）由處理相同含塵氣體的電場得到第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五不同粉塵的有效驅(qū)進(jìn)速度粉塵種類驅(qū)進(jìn)速度（cm/s）電場風(fēng)速（m/s）熱電站飛灰5.0-151.2-2.4紙漿及選紙6-100.9-1.8高爐9.7-11.32.7-3.6第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五1）確定有效驅(qū)進(jìn)速度和電場風(fēng)速2）根據(jù)德意希公式計算集塵板總面積A3）由處理風(fēng)量Q和過濾風(fēng)v速確定電場斷面面積F第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五4）由斷面面積F，集塵極間距b和高度H確定通道個數(shù)n5）由集塵板總面積A和電場高度H確定電場長度第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物一.催化基本概念二.催化劑的性能三.催化劑的制備第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五一催化作用基本概念催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率和方向而本身又不參加反應(yīng)的物質(zhì)叫催化劑催化轉(zhuǎn)化法利用催化劑的催化作用，將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化為比原來狀態(tài)更容易去除的化合物而加以凈化的方法催化作用的重要特征催化作用只能加速化學(xué)反應(yīng)速度，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)的時間，不改變平衡常數(shù)，不能使不可能成立的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五催化反應(yīng)分類—催化劑與反應(yīng)物產(chǎn)物所處的狀態(tài)1）多相催化催化劑和反應(yīng)物處于不同種物相氣固相2）均相催化催化劑和反應(yīng)物處于同種物相液相第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五多相催化反應(yīng)在多相催化反應(yīng)中，催化劑和反應(yīng)物在相界面上的接觸是最為重要的，接觸是由反應(yīng)物吸附在催化劑表面上完成的活性中心吸附發(fā)生在催化劑表面上的吸附能力特別高的區(qū)域，稱為活性中心催化劑活性與單位面積上的活性中心數(shù)量和有效總面積有關(guān)第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五催化反應(yīng)過程及“控制步驟”催化反應(yīng)過程：1）反應(yīng)物從流體主體向固體催化劑外表面擴(kuò)散2）反應(yīng)物由外表面向內(nèi)表面擴(kuò)散，到達(dá)活性中心3）反應(yīng)物在催化劑表面上吸附4）反應(yīng)物在催化劑表面上進(jìn)行反應(yīng)表面催化過程5）產(chǎn)物從催化劑表面上脫附6）產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散到催化劑外表面內(nèi)擴(kuò)散7）產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到氣流主體中外擴(kuò)散表面催化過程與反應(yīng)物、生成物濃度有關(guān)，與催化劑性能、反應(yīng)溫度有關(guān)---化學(xué)動力學(xué)過程第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五二催化劑的性能（圖示）

1.催化劑形態(tài)和組成催化劑形態(tài)：一種物質(zhì)或者多種物質(zhì)組成；氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)固體催化劑組成：活性組分+助催化劑+載體1）活性組分---也稱主催化劑，是催化劑起催化作用的主要成分，活性組分可作為催化劑單獨使用2）助催化劑---也稱助劑/促進(jìn)劑，本身無催化活性，但加入后可大大提高主催化劑的活性、選擇性和壽命3）載體---承載活性組分和助催化劑第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2.催化劑載體什么是載體？催化劑僅在厚度為20-30nm處起作用，因此常把催化劑負(fù)載在具有較大表面積的惰性物質(zhì)上---稱為載體為什么要使用載體？1.使用載體可以節(jié)約催化劑，提高活性組分的分散度和有效表面積，提高其活性2.載體增強(qiáng)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度3.使催化在使用過程中，不會出現(xiàn)體積收縮4.避免催化劑活性組分在高溫下的燒結(jié)，延長其使用壽命載體使用前經(jīng)過什么處理？載體在使用前要經(jīng)過酸洗/堿洗，水洗和煅燒，去除雜質(zhì)并使催化劑在使用溫度條件下具有一定的穩(wěn)定性。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五載體的選擇原則？1）考慮載體組分可能具有催化活性2）考慮載體組分的多孔性和表面積大小3）考慮載體的導(dǎo)熱性能---局部過熱，產(chǎn)率下降4）考慮載體的機(jī)械強(qiáng)度---固定床，流化床5）載體在反應(yīng)條件下的穩(wěn)定性---不分解，不變形，不反應(yīng)可以做載體的都有哪些物質(zhì)？通常采用具有巨大表面積的惰性材料作為載體，如氧化鋁、陶土、活性炭、硅藻土等第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五3催化劑性能

3.1活性活性---衡量催化劑效能大小的標(biāo)準(zhǔn)，對反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化能力催化劑活性的表示方法：1）工業(yè)上以單位體積或重量催化劑在一定的反應(yīng)物濃度、溫度、壓力下單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品數(shù)量A-催化劑活性，kg/h.gW-產(chǎn)品質(zhì)量kgWR-催化劑質(zhì)量τ-反應(yīng)時間h第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五2）實驗室采用比活性A比式中A比---催化劑的比活性（kg/h.m2）S比---催化劑的比表面（m2/g）影響比活性的因素：催化劑的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，表面積細(xì)孔的數(shù)目和大小，次要組分和雜質(zhì)的含量和分布催化劑的制作方法和生產(chǎn)條件第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五3.2催化劑的選擇性

選擇性---對于某一化學(xué)反應(yīng)在理論上有幾個方向時，催化劑只對其中一個方向其加速作用，稱為催化劑的選擇性例如：第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五3.3催化劑的穩(wěn)定性催化劑在化學(xué)反應(yīng)過程中保持其活性的能力稱為催化劑的穩(wěn)定性影響穩(wěn)定性的因素1）老化催化劑在正常工作條件下逐漸失去活性的過程，一般溫度越高，老化速度越快2）中毒微量外來物質(zhì)的存在使得催化劑的活性和選擇性大大降低，外來物質(zhì)稱為催化劑毒物暫時性中毒---用水蒸氣吹洗再生中毒

永久性中毒---活性中心被破壞，無法修復(fù)第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五老化的本質(zhì)---活性組分1）含塵氣流的沖刷作用，使得催化劑表面磨損，活性組分流失2）局部溫度過熱，使得催化劑多孔結(jié)構(gòu)被熔毀燒結(jié)；低熔點的活性組分流失3）內(nèi)部雜質(zhì)向表面遷移，阻礙活性組分與反應(yīng)物的接觸4）在冷熱交替的作用下機(jī)械粉碎5）積炭第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五中毒的本質(zhì)？引起催化劑中毒的化學(xué)本質(zhì)是由于活性組分對毒物有更強(qiáng)的親和力1）暫時性中毒，親和力較弱，通過水蒸氣就可以將毒物驅(qū)離催化劑表面，使其恢復(fù)活性2）永久性中毒，親和力強(qiáng)，無法將毒物驅(qū)離第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五催化劑再生再生是指催化劑在使用一段時間之后由于催化劑的暫時性中毒或者老化，使催化劑失去了活性或者活性降低了，我們需要經(jīng)過一系列的工藝處理來恢復(fù)活性，這就是再生，比如燒焦、水蒸汽及溶劑沖洗等。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五催化劑壽命壽命---催化劑投入運行后，到中毒和老化失去活性需要更換的時間理論上，壽命是無限的實際上，由于受外界條件的影響，其表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而失去活性第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五三催化劑的制備1.基本原料的選擇2.雜質(zhì)的去處3.提純后的物質(zhì)通過反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛衔铮衔餅轭w?；蛘弑∧睿练e在多孔性載體上①化學(xué)浸漬法將活性組分制成溶液，浸漬已成型的載體，再經(jīng)干燥和灼燒制成的催化劑；制備催化劑的最簡便方法，活性組分多數(shù)情況下僅僅分布在載體表面上，利用率高、用量少、成本低②混捏法：將活性組分和載體采用物理的方法混捏在一起，處理成型后制的催化劑，活性組分利用率低③共沉淀法：4.活化氧化態(tài)還原態(tài)---需要活化第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物一環(huán)境工程中使用的催化劑的要求二催化反應(yīng)類型第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五一環(huán)境領(lǐng)域?qū)Υ呋瘎┑囊螅涸诃h(huán)境領(lǐng)域?qū)Υ呋瘎┑男阅芏加心男┮螅?）要求處理后有害物質(zhì)含量降到ppm或ppb級，催化劑具有較高的去處效率2）被處理氣體或液體中，含有粉塵、重金屬。硫化物等，催化劑應(yīng)具有較高的抗毒性，高化學(xué)穩(wěn)定性3）要求處理氣體或液體量大，催化劑要能承受流體沖刷和壓力降4）催化設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，催化劑可再生性能強(qiáng)第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期五二催化反應(yīng)類型根據(jù)利用催化反應(yīng)將有害物氧化或是還原的不同，催化轉(zhuǎn)化法可分為催化氧化法和催化還原法1.催化氧化法在催化劑的作用下，利用氧化劑將廢氣中的有害物質(zhì)氧化為無害物質(zhì)或是更容易去除的物質(zhì)例如：1）一氧化氮不容易被水吸收，在活性炭催化劑的作用下，氧化為二氧化氮，通入吸收塔吸收處理2）冶金或電力行業(yè)中SO2濃度較低，不能直接制酸，采用濕式活性炭吸附尾氣中二氧化硫，吸附增加濃度